摘要：本发明公开了一种贫钙富硅生态水泥及其用途。该水泥由富硅体和富钙体两部分混合而成，其中富硅体由含量广泛的硅铝质原料加少量碱金属盐低温煅烧得到，富钙体则由水化时释放Ca(OH)₂的原料和含CaSO₄的原料组成。与硅酸盐水泥相比，本发明的贫钙富硅生态水泥早强性好，长期强度能满足多数使用要求，其原料易得，碳排放、能耗和污染等都大幅度减小，且能大量消纳固体工业废渣，具有重要的经济与社会价值。

本发明的有益效果在于：

1、对比本发明的富硅水泥与硅酸盐水泥的化学组成（见表1），发现本水泥的特点是CaO含量明显少于硅酸盐水泥，而SiO₂、Al₂O₃、R₂O、SO₃的含量明显高于硅酸盐水泥。CaO含量少，意味着更低的碳排放；SiO₂、Al₂O₃、R₂O是硅铝质地壳中的常见元素，其更高的含量意味着原料更廉价易得；SO₃广泛存在于天然石膏和大量的工业石膏中，不仅廉价易得，而且大量消解工业固体废物。

表1 富硅水泥与硅酸盐水泥化学组成对比

2、本水泥的主要组份富硅体的热处理温度从300℃起，多数原料的处理温度为700℃左右，这与硅酸盐水泥相比，温度显著降低，从而意味着能耗大减，加上硅铝氧化物原料失水能耗远低于CaCO₃，能更大程度地降低水泥能耗。

3、本发明能最大量地处理各种工业固体废物，有具大的社会效益。除工业石膏外，大量的煤矸石、矿山尾矿和冶金废渣是以硅铝氧化物为主要化学组成的固体废物，他们不能有效处理时不得不占用土地，并存在巨大的环境风险，而这些固体废物均可以大比例地用作富硅水泥的原料利用。大比例使用固体废物的优点是硅酸盐水泥所无法比拟的，同时也使该种水泥的成本进一步大幅度降低。

4、本发明的富硅水泥在用冶金废渣为原料时，通过调整原料配比，可实现对重金属的有效固化，将其淋滤水中重金属离子含量降低至排放安全标准以下，从而实现对重金属废物的无害化处理与利用。这一优点对处理固体废物尤其是有色金属冶金渣特别有意义。

5、本发明能大大降低水泥生产对环境的污染。由于富硅体的煅烧温度要求低，富钙体也可低至1100℃获得，仍明显低于硅酸盐熟料的煅烧温度。所以这种水泥的制备很少会排出SO₂与NO_x等有害气体，且对耐火材料的要求低得多，不需要使用含重金属的镁铬耐火砖，从因耐火材料废弃而引起的重金属污染会大大减轻。

6、本发明的富硅水泥能和硅酸盐水泥工业对接过渡，能有效继承利用现有硅酸盐水泥工业的天量工业设施链和技术基础，大大减缓推广阻力，同时实现水泥性能的扬长避短。富硅水泥具有早期（3天）强度比硅酸盐水泥高，但后期强度增长幅度多不如硅酸盐水泥，若和硅酸盐水泥复合制备低熟料水泥，则可得到高早强的复合水泥，相较同等级硅酸盐水泥大幅度降低熟料用量，从而前述优点仍能保持。

7、本发明的富硅水泥与硅酸盐水泥复合时，可得到基本不含氢氧钙石的水泥品种，加上这种水泥同时具有非晶，半晶和全晶水化胶凝相，与骨料的结合更紧密，所以有望制备性能更优耐久性更好的混凝土。

8、由于富硅体煅烧温度可远低于CaCO₃的热分解温度，后者在热处理后仍可作为惰性混合材料存在于水泥中，使该种杂质能允许较高的含量而不会严重影响水泥性能。另一方面，较低温度下MgCO₃热分解得到的MgO晶粒细小，水化活性强，不会成为水泥的不安定因素，从而MgO不再像硅酸盐水泥一样成为有害的化学组份，反而对水泥的胶凝性能有积极影响。

9、本富硅水泥也可以制成双组份湿式水泥，从而其保质期可大大延长，并更能适应灵活多样的应用需要。该水泥中的富硅体单独存在时，在常温下不水化，故可以湿磨和湿式保存；富钙体也可湿法加工和在隔绝空气的条件下保存。这一特点可能一劳永逸且无副作用地解决长期困扰商品混凝土工业的缓凝问题，对需要长期保存的应用场合很有意义，并能更灵活地适应复杂多变的应用环境。

10、本富硅水泥的碱含量远超过通用硅酸盐水泥的推荐指标，难免引发对碱骨料反应的不良预期。但沸石水泥作为硅酸盐水泥大类中的一个品种，其碱含量也明显超标，但其碱骨料反应却反而较低碱水泥更弱，可见并非高碱一定引发碱骨料反应，且富硅水泥的水化矿物中可完全消除氢氧钙石，且含有类沸石的胶凝相，无疑均有利于抑制碱骨料反应。

11、本发明的水泥的应用范围更为宽广。一方面它同样适用于现行通用硅酸盐水泥的所有应用领域，即它在水化时，可加入各种粗细集料制备各种混凝土。另一方面，由于富硅水泥本身的特点，它在一些特殊的应用领域的优点超过硅酸盐水泥，下面试列一二作为说明：

（1）本富硅水泥早强性能突出，与硅酸盐水泥相比，其更适于应用在道路修补、矿山充填、和各种预制构件，如建筑砌块，泡沫混凝土等；

（2）水泥基自流平材料为了提高其早强性能，除加入早强剂外，还在加入铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合，从而使其成本抬升，通常只用于地坪的表面薄层，不能代替找平材料，故难于推广。富硅水泥由于早强好，无需与其它水泥复合即可用来制备自流平材料，成本大大降低，从而可望用富硅水泥制备厚层自流平材料，从而不需要在底部先做找平层，从而可望迅速推广到日常找平应用，节约大量人工且找平效果优异。

（3）研究发现，富硅水泥的硬度与石膏掺量紧密相关，当制备路面材料时，宜减少石膏掺量以增强耐磨性，用于居室批墙则适合多掺石膏，这不仅降低成本，还可具备湿度调节功能。